KR970002999B1 - 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법 - Google Patents

투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용없음

Description

투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법
제1도는 (a) 내지 (f)는 종래의 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조공정도.
제2도는 (a) 내지 (f)는 본 발명에 따른 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
40 : 다층세라믹 41 : 세라믹층
43 : 제1금속막 45 : 세라믹 웨이퍼
47 : 홈 49 : 제2금속막
51 : 지그 53 : 액츄에이터
55 : 기판 57,59제1 및 제2공통전극
61,63,65 : 도선 67 : 거울
69 : 광로조절장치
본 발명은 투사형 화상표시장치에서 광로를 조절하는데 사용되는 광로조절장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 낮은 전압으로 분극(polarization)할 수 있는 투사형 화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법에 관한 것이다.
화상표시장치는 표시방식에 따라 직시형 화상표시장치와 투사형 화상표시장치로 구분된다. 직시형 화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT 화상표시장치는 화질이 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증가와, 가격이 비싸지는 문제점이 있어 대화면을 구현하는데 한계가 있다. 투사형 화상표시장치는 대화면 액정 표시장치(Liquid Crystal Display:이하 LCD라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD는 박형화가 가능하여 중량을 작게 할 수 있다. 그러나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광의 손실이 크고, LCD를 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.
이러한, LCD의 단점을 보완하고자 미합중국 Aura사에서 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays:이하 AMA라 칭함)를 이용한 투사형 화상표시장치가 개발되었다. AMA를 이용한 투사형 화상표시장치는 광원에서 발광된 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광속(lihght beam)등으로 분리한 후, 이 광속들을 액츄에이터들의 변형에 의해 기울어지는 반사경들에 각각 반사시켜 광로(light path)들을 조절하고, 이 광속들의 광량을 조절하여 화면으로 투사시키므로서 화상을 나타낸다. AMA는 구동방식에 따라 액츄에이터가 M×1 개인 1차원 AMA와 M×N개인 2차원 AMA로 구분된다. 상기에서 액츄에이터는 압전물질이나 전왜물질로 이루어지는 변형부와 전극들을 포함하며 전계발생시 변형되어 상부에 있는 거울을 기울어지게 한다.
제1도는 (a) 내지 (f)는 종래의 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조공정도이다.
제1도(a)는 통상의 적층세라믹 콘덴서를 제조하는 방법으로 한층의 두께가 t인 그린 시트(green sheet)들 사이에 M개의 제1금속막(13)들을 갖도록 성형한 후 소결한 M+1개의 세라믹층(11)들을 가지는 다층세라믹(10)을 도시한다. 상기에서 세라믹층(11)들은 액츄에이터의 변형부를 형성하기 위한 것으로 압전세라믹으로 형성된다. 다층세라믹(10)에 제1금속막(13)들과 수직방항으로 모든 세라믹층(11)들이 동일한 방향으로 분극(polarization)되도록 수십∼수백 KV정도의 고전압을 인가한다. 상기에서 다층세라믹(10)을 분극하기 위한전압(Vp)은
Vp= Vr×t×(M +1)
이 된다. 상기에서 Vr는 압전세라믹을 분극하기 위한 임계전계으로 1.5∼3V/㎛정도가 된다. 그러므로, 다층세라믹(10)이 150∼300㎛정도의 두께(t)를 가지는 세라믹층(11)이 200∼800층 정도 적층되어 형성되면 분극시 45∼750kV정도의 고전압을 인가하여야 한다. 또한, 제1금속막(13)들은 액츄에이터의 내부전극(또는 신호전극)을 형성하기 위한 것으로 팔라듐(Pd) 또는 은(Ag)과 팔라듐의 합금등의 고융점금속으로 형성된다.
제1도(b)는 두께가 T인 세라믹 웨이퍼(15)를 도시한다. 세라믹웨이퍼(15)는 상기 다층세라믹(10)을 a-a선의 방향으로 자른 후 상부 및 하부 표면을 연마한 것이다. 상기에서 세라믹 웨이퍼(15)는 연마후에 표면 조도는 ±5㎛정도가 되고 평탄도(flatness)는 ±10㎛정도가 되어야 한다.
제1도(c)는 제1금속막(13)들과 평행하게 세라믹층(11)들의 상부에 홈(17)들을 형성하고, 이 홈(17)들의 내부표면에 형성된 제2금속막(19)들을 도시한다. 상기에서 웨이퍼(15)의 상부표면에 회전도포(spin coating)등의 방법으로 포토레지스트(photoresist)와 같은 중합체(polymer)를 얇게 도포한 후, 세라믹층(11)들의 가운데를 제1금속막(13)들과 평행하게 쏘잉(sawing)등의 기계적 방법으로 M+1회 가공하여 홈(17)들을 형성한다. 상기에서 제1금속막(13)들을 중심으로 제거되지 않고 남아 있는 세라믹층(13)들은 액츄에이터들의 변형부들이 된다. 특히, 변형부들 상부의 탑(tower) 모양을 이루는 세라믹층들은 실제로 변위에 이용되는 부분이 된다. 그 다음, 홈(17)들의 내부표면에 외부전극(또는 공동접지전극)이 되는 제2금속막(19)들을 형성한다. 이때, 중합체의 표면에도 제2금속막(19)들이 형성되는데, 중합체를 제거할 때 같이 제거된다.
제1도(d)는 상술한 구조의 가공된 웨이퍼(15)를 지그(jig:21)에 실장하고 홈(17)들과 수직방향으로 절단하여 완성된 액츄에이터(23)들을 도시한다. 상기에서 세라믹층(11)들을 탑의 표면에 지그(21)에 접착되게 실장하고, 이 세라믹층(11)들을 접착되지 않는 표면으로부터 쏘잉등의 기계적방법으로 홈(17)들과 수직되게 절단하여 액츄에이터(23)들을 완성시킨다. 상기에서 지그(21)는 쏘잉공정에서 분리된 액츄에이터(23)들이 흐트러지는 것을 방지한다.
제1도(e)는 트랜지스터(도시되지 않음)들이 내장되고 표면에 도전패턴들(도시되지 않음)이 형성된 능동매트릭스(active matrix)의 기판(25)에 액츄에이터(23)가 실장된 것을 도시한다. 상기에서 액츄에이터(23)들은 지그(21)에 부착되지않은 면이 기판(25)에 실장되고 접착제에 의해 부착된다. 이때, 액츄에이터(23)들은 제1금속막(13)들을 상기 트랜지스터들의 드레인 전극단자에 전기적으로 연결되도록 전도성 접착제로 부착시킨다. 상기에서 트랜지스터들의 게이트에는 동기신호가 인가되는 단자와 접속되고, 소오스에는 화상신호가 인가되는 단자와 접속되게 한다. 그 다음, 지그(21)를 액츄에이터(23)들과 분리한다.
제1도(f)는 액츄에이터(23)들의 제2금속막(19)들이 도선(27)들로 연결되어 공통 접지되고, 이 액츄에이터(23)들의 탑부분에 거울(29)들이 실장된 광로조절수단(31)을 도시한다. 상기에서 도선(27)들을 각 액츄에이터(23)들의 제1금속막(13)들과 평행하게 연결하고 한쪽 끝을 하나로 연결하여 공통접지시킨다. 상기에서 도선들을 알루미늄등의 금속선으로 한다. 그 다음, 거울(29)들을 액츄에이터(23)들의 탑의 표면에 실장한다.
상기에서 액츄에이터들은 내부에 신호전극들을 가지는 바이모프형(bimorph type)으로 소정 전압에 대해 큰 변위량을 갖도록 탑들은 얇은 두께의 세라믹층들을 갖는다.
그러나, 상술한 광로조절장치의 제조공정에서 다층세라믹 상태에서 세라믹층들을 분극하므로 매우 높은 인가전압이 필요한 문제점이 있었다. 또한, 제조공정중 또는 사용중에 탈분극(depolarization)되었을 때 다시 분극(repolarization)을 하기 위해 다층세라믹 상태를 분극할 때와 동일한 매우 높은 전압을 인가하여야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 액츄에이터들을 이루는 세라믹층들의 탑부분들을 낮은 인가전압에 의해 분극시킬 수있는 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 액츄에이터들을 이루는 세라믹층들이 탈분극되었을 때 쉽게 재분극할 수 있는 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법은 압전세라믹의 층들과 내부전극이 될 제1금속막들이 교호하는 벌크 상태의 다층세라믹을 성형 및-소결하는 공정과, 상기 제1금속막들과 수직인 방향으로 상기 다층세라믹을 절단하여 세라믹웨이퍼를 형성하는 공정과, 상기 세라믹웨이퍼의 상기 압전세라믹층들에 남는 부분들이 탑들을 이루도록 상기 제1금속막들과 평행하게 열방향으로 다수의 홈들을 형성하는 공정과, 상가 홈들의 내부표면에서 외부전극이 되고 웨이퍼의 측면에서 공통전극이 될 제2금속막들을 도포하는 공정과, 상기 홈들과 직각되게 행방향으로 세라믹웨이퍼를 절단하여 다수개의 액츄에이터들을 한정하고 이 액츄에이터들을 능동 메트릭스의 기판에 실장하는 공정과, 상기 액츄에이터들의 제2금속막들을 한열씩 교호하여 상기 제1 및 제2공통전극들에 전기적으로 연결하여 상기 제1 및 제2공통전극들 사이에 전압을 인가하여 세라믹층들을 분극하는 공정과, 상기 제1 및 제2공통전극들을 접지시키고 상기 액츄에이터들의 탑들 표면에 거울들을 실장하는 공정을 구비한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제2도(a) 내지 (f)는 본 발명의 일 실시예에 따른 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조공정도이다.
제2도(a)는 통상의 적층 세라믹콘덴서를 제조하는 방법으로 한층의 두께가 t인 그린시트들 사이에 M개의 제1금속막(43)들을 갖도록 성형 및 소결한 M+1개의 세라믹층(41)들을 가지는 다층세라믹(40)을 도시한다. 상기에서 세라믹층(41)들을 액츄에이터들의 변형부들을 형성하기 위한 것으로 BaTiO3, PZT(Pb(Zr Ti)O3)또는 PLZT((Pb,La)(Zr, Ti)O3)등의 압전세라믹으로 형성된다. 또한, 제1금속막(43)들은 액츄에이터들의 내부전극들을 형성하기 위한 것으로 팔라듐 또는 은과 팔라듐의 합금등의 고융점금속으로 형성된다.
제2도(b)는 다층세라믹(40)을 b-b 선의 방향으로 두께 T를 갖도록 자른 세라믹웨이퍼(45)를 도시한다. 세라믹웨이퍼(45)의 상부 및 하부표면을 표면조도가 ±5㎛정도이고 평탄도가 ±10㎛정도가 되도록 연마한다.
제2도(c)는 세라믹층(41)들의 상부에 홈(47)들을 제1금속막(43)들과 평행하게 형성하고, 제2금속막(49)들을 도포한 것을 도시한다. 상기에서 세라믹웨이퍼(45)의 상부표면에 회전도포등의 방법으로 포토레지스트와 같은 중합체를 얇게 도포한 후 다이아몬드 톱(diamond saw)에 의한 쏘잉(sawing)등의 기계적 방법으로 세라믹층(41)들의 상부에 홈(47)들을 제1금속막(43)과 평행하게 형성한다. 상기에서 제1금속막(43)들을 중심으로 제거되지 않고 남아 있는 세라믹층(41)들은 액츄에이터들의 변형부들이 되는데, 특히, 세라믹층(41)들에서 실제로 변형되는 부분인 탑들을 소정전압에 대해 더 큰 변위량을 갖기 위해 가공이 가능한 최소의 두께t1으로 형성한다. 그 다음, 탑들의 상부표면을 제외한 홈(47)들의 내부표면과 세라믹웨이퍼(41)의 외부측면에 제2금속막(49)들을 형성한다. 이때, 제2금속막(49)들은 중합체의 표면에도 형성되는데, 이것은 이후에 중합체를 제거할 때 같이 제거된다.
제2도(d)는 상술한 구조의 가공된 세라믹 웨이퍼(45)를 지그(51)에 실장하고 홈(47)들과 직각 방향으로 절단하여 액츄에이터(57)들을 한정한 것을 도시한다. 상기에서 세라믹층(41)들의 탑의 표면이 지그(51)에 닿도록 세라믹웨이퍼(45)를 실장 및 부착시킨다. 그리고, 세라믹웨이퍼(45)를 상기와 같은 기계적 방법으로 N+1회 절단하여 M×(N+2)개의 액츄에이터들(53)을 한정한다. 상기에서 절단된 세라믹층(41)들을 내부전극으로 이용되는 제1금속막(43)들과 외부전극으로 이용되는 제2금속막(49)을 포함하여 단위 액츄에이터(53)들을 이룬다. 지그(51)는 세라믹웨이퍼(45)를 절단할 때 액츄에이터(53)들이 흐트러지는 것을 방지한다.
제2도(e)는 액츄에이터(53)들을 트랜지스터들(도시되지 않음)이 내장되고 표면에 도선패턴들(도시되지 않음)이 형성된 능동매트릭스의 기판(55)에 실장하고, 이 액츄에이터(53)들과 지그(51)를 분리한 것을 도시한다. 액츄에이터(53)들은 지그(51)와 부착되지 않는 하부의 표면이 기판(55)에 실장 및 부착된다. 상기에서 제1금속막(43)들이 도선패턴들과 접촉되도록 액츄에이터(53)들을 기판(55)에 실장하며, 이 제1금속막(43)들과 도선패턴들이 전기적으로 개방(open)되는 것을 방지하기 위해 전도성접착제로 부착한다. 이 때, 제1금속막(43)들이 인접하는 제1금속막(43)들과 전기적으로 단락되어 액츄에이터(53)들이 오동작되는 것을 방지하기 위해 전도성접착제가 제1금속막(43)들과 도선패턴들 사이에만 있도록 하며, 또한, 전도성접착제들이 퍼지지 않도록 한다. 그 다음, 액츄에이터(53)들과 지그(51)를 분리한다.
제2도(f)는 액츄에이터(53)들의 제2금속막(49)들을 도선(61)들에 의해 열(column)방향으로 연결하며, 액츄에이터(53)들이 탑을 이루는 세라믹층(41)들을 분극하고, 이 탑의 표면에 거울(67)들을 실장한 것을 도시한다. 상기에서 행(row)방향으로 형성된 최외부의 액츄에이터(53)들은 동작하지 않는 것으로 최외측면들에 제2금속막(49)으로 도포되어 제1 및 제2공통전극(57)(59)으로 이용된다. 도선(61)들은 열방향으로 제2금속막(49)들 사이를 연결하는데, 도선(61)들은 제1 및 제2공통전극(57)(59)들에는 한열씩 교호하여 접속한다. 그리고, 제1 및 제2공통전극(57)(59)에 각각의 도선(63)(65)들을 접속한 후 이 도선들(63)(65)사이에 전압을 인가하여 세라믹층(41)들을 행축의 어느 한 방향으로 동시에 분극한다. 상기에서, 제1 및 제2공통전극들(57)(59)에 제2금속막(49)들이 한 열씩 교호하여 접속되므로 열을 이루는 탑들과 인접하는 열들의 탑들은 서로 반대방향으로 분극된다. 상기에서 세라믹층(41)들을 분극하기 위한 전압(Vp1)은
Vp1= Vr×t1
이 된다. 그러므로, 세라믹층(41)들의 탑의 두께(t1)가 50∼100㎛ 이라면 임계전압(Vr)이 15V/㎛ 이므로 분극전압(Vp1)은 75∼150V가 된다. 그 다음, 상기 도선들(63)(65)을 전기적으로 연결시키지 않고 각각 접지시킨다. 이것은 세라믹층(41)들이 탈분극되어도 서로 전기적으로 분리된 도선들(63)(65)에 전압을 인가하여 재분극을 쉽게 할 수 있도록 하기 위한 것이다. 계속해서, 액츄에이터(63)들의 탑 표면에 알루미늄등으로 이루어진 거울(67)들을 실장하여 광로조절장치(69)를 완성한다.
상기의 방법으로 제조된 광로장치는 같은 량 만큼 같은 방향으로 경사지게 구동시키려할 경우 종래 방법과는 달리 열(column)별로 서로 반대 방향으로 분극되어 있기 때문에 구동전압의 부호가 반대가 되도록 구동하여야 한다.
상술한 바와 같이 세라믹웨이퍼를 이루는 세라믹층의 상부에 제1금속막과 평행하게 열 방향으로 홈들을 형성하고, 흠들 내부측면들과 세라믹웨이퍼의 외부측면들에 제2금속막들을 도포한 후 행방향으로 절단하여 액츄에이터들을 한정하되 최외부의 행을 이루는 것들은 구동되지 않게 하고, 상기 구동되지 않는 액츄에이터들의 측면에 도포된 제2금속막들을 제1 및 제2공통전극으로 이용하여 구동가능한 액츄에이터들의 측면에 도포된 제2금속막들을 한열씩 교호하여 접속한 후 전압을 인가하여 세라믹층들을 분극시킨다. 그리고 액츄에이터들의 제1공통전극과 제2공통전극들을 각각 도선으로 연결한 후 별도로 공통접지시킨다.
따라서, 본 발명은 세라믹층들 또는 액츄에이터들의 얇은 탑들 각각을 동시에 낮은 인가 전압으로 분극할 수 있는 잇점이 있다 또한, 제조공정 또는 사용시에 세라믹층들이 탈 분극되어도 액츄에이터들의 제1및 제2전극들을 별도로 공통접지시키므로 재분극을 쉽게할 수 있는 잇점이 있다.
비록 본 발명을 바람직한 실시예를 중심으로 설명되고 도시되었으나, 본 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 사상 및 범주에 벗어나지 않고 다양한 변형실시가 가능함을 알 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 압전세라믹의 층들과 내부전극이 될 제1금속막들이 교호하는 벌크 상태의 다층세라믹을 성형 및 소결하는 공정과, 상기 제1금속막들과 수직인 방향으로 상기 다층세라믹을 절단하여 세라믹웨이퍼를 형성하는 공정과; 상기 세라믹웨이퍼의 상기 압전세라믹층들에 남는 부분들이 탑들을 이루도록 상기 제1금속막들과 평행하게 열 방향으로 다수의 홈들을 형성하는 공정과; 상기 홈들의 내부표면에서 외부전극이 되고 웨이퍼의 측면에서 공통전극이 될 제2금속막들을 도포하는 공정과; 상기 홈들과 직각되게 행방향으로 세라믹웨이퍼를 절단하여 다수개의 액츄에이터들을 한정하고, 이 액츄에이터들을 능동매트릭스의 기판에 실장하는 공정과; 상기 액츄에이터들의 제2금속막들을 한열씩 교호하여 상기 제1 및 제2공통전극들에 전기적으로 연결하고, 상기 제1 및 제2공통전극들 사이에 전압을 인가하여 세라믹층들을 분극하는 공정과; 상기 제1 및 제2공통전극들을 접지시키고 상기 액츄에이터들의 탑들 표면에 거울들을 실장하는 공정을 구비하는 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세라믹웨이퍼의 표면에 포토레지스트를 도포하고 홈들을 형성하는 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2금속막이 상기 포토레지스터의 표면에도 도포되는 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 포토레지스터의 표면에 도포된 제2금속막은 상기 포토레지스터를 제거함과 동시에 제거되는 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분극시 제1 및 제2공통전극들 사이에 동시에 75∼150V의 전압을 인가하는 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1공통전극들과 제2공통전극들을 전기적으로 연결되지 않도록 각각 접지시키는 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법.
KR1019930007673A 1993-05-04 1993-05-04 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법 KR970002999B1 (ko)

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